福建省畜禽養殖業大中型沼氣工程調查研究及實例分析

徐慶賢 郭祥冰 林 斌 官雪芳

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福建省畜禽養殖業大中型沼氣工程調查研究及實例分析

徐慶賢1郭祥冰2林 斌1官雪芳1

1.福建省農科院農業工程技術研究所 2.福建省能源研究會

該文通過福建省畜禽養殖業污染普查調查，對畜禽糞便產沼氣潛力進行了評估計算；同時，對福建省畜禽養殖業大中型沼氣工程沼氣利用狀況進行了調查，并通過案例分析，提出了福建省畜禽養殖業大中型沼氣工程沼氣利用存在的問題，針對這些問題，提出了若干建議，為推動畜禽養殖業大中型沼氣產業又好又快發展提供參考。

畜禽養殖業 沼氣工程 調查 問題 建議

改革開放以來，福建省畜禽養殖場快速發展，畜禽由輸入省一躍成為輸出省，滿足了人們日益增長的物質需要，但畜禽糞污的污染日趨嚴重，也阻礙了畜禽養殖業自生的發展。最近，筆者配合有關部門進行了廣泛調查，發現問題異常嚴重，已經到了非改不可的程度。

1 問題的提出

1.1 福建省畜禽養殖業污染源普查與沼氣潛力評估

1.1.1畜禽養殖概況

全省畜禽養殖以豬、牛、雞為主，根據畜牧部門統計，截止2007年12月，生豬存欄量為1317.12萬頭，牛存欄量為76萬頭，養雞數為5424.29萬羽。

2007年與2005年豬、牛、雞存欄量對比，規模聚集現象明顯加快。全省豬的存欄量2007年只比2005年增加3.11%，而規模養豬場存欄量占總存欄量的比例，從28.2%上升到46.59%，提高了18.39%；個體養殖戶僅占17.35%。兩年來，規模養雞場數量由1236家縮小到416家，縮小了1/3，但每家規模養雞場的平均存欄量由1.0041萬羽擴大到4.8841萬羽。

1.1.2豬、牛、雞糞便年排放量

目前多數畜禽養殖場糞污只經過簡易處理后[1]，嚴重地污染土壤、水體和空氣，危害人們的健康，同時還流失了大量的沼氣、沼渣、沼液等能源資源。隨著養殖規模的擴大，污染日趨嚴重，污染程度已超過了工業和城市生活排污對環境的影響，成為面污染與點污染源的大戶[2,3]。2007年全省豬、牛、雞糞便排放量如表1所示。

表1 2007年豬、牛、雞糞年排放量

注：規模養殖場統計范圍：年出欄500頭以上豬、存欄100頭以上奶牛、出欄200頭以上肉牛、存欄20000羽以上蛋雞、出欄50000羽以上肉雞的養殖場。

1.1.3沼氣潛力與分布特征

根據測算結果，2007年全省農村畜禽糞便資源可產沼氣潛力為11.11 億m3，其中規模養殖場沼氣潛力為5.12億m3。其分布特征是：

（1）沼氣資源以豬糞為主。全省豬糞沼氣潛力占全省沼氣資源總量近2/3，牛糞和雞糞占1/3。

（2）沼氣資源逐步向規模養殖場集聚。全省規模養殖場的沼氣資源占總資源量的比例，從2005年的41.07%增加到2007年的46.08%,平均每年以2.5%速度遞增，為大中型沼氣工程發展提供了基本條件。

1.1.4節能減排潛力分析

按現有畜禽糞便資源量，每年產沼氣潛力11.11億m3，相當于79.4萬t的優質能源，若全部用于農村生活用能，可供220多萬戶，解決全省1/3農戶的生活用能；同時相當于可減少CO2排放205萬t，以國際碳匯市場價格：即1 t CO2=15歐元計算[4]，價值約2.8億元人民幣。

1.2 畜禽養殖業大中型沼氣工程典型調查

1.2.1福建省畜禽養殖業大中型沼氣工程發展現狀

畜禽養殖業迅速發展，導致大江大河污染日益嚴重，2001年省政府決定限期治理九龍江干流及其支流和水口庫區沿岸1000m以內畜禽養殖污水，制定優惠政策，采取有力措施，畜禽養殖場沼氣工程獲得迅速發展。到2007年，全省累計建成養殖場沼氣工程988處，容積34萬m3，年產沼氣4400多萬m3，處理1100多萬t畜禽糞水。全省共有規模養殖場7724個，建池比例為12.8%，遠高于全國的0.08%，居于全國前列。2008年，又有85處投產。

1.2.2典型調查結果

采用典型抽樣方法調查南平延平區、建陽市、建甌市、龍巖新羅區、漳州市、福清市、莆田涵江區、沙縣等縣市，每個縣市又采用隨機抽樣方法分別選取20～50家規模養豬場進行實地考查或電話訪談，對172家規模養豬場進行調查，發現：沼氣工程沼氣綜合利用率不高，產出的大部分沼氣放空；沼氣工程離村落距離較近，大部分可以滿足集中供氣所需壓力要求。

（1）沼氣利用率很低，大部份放空。表2中看出，沼氣利用率在30%以下的占到81.49%，而沼氣利用率在80%以上的沼氣工程只有1個，占0.62%，說明我省大部分沼氣工程沼氣綜合利用率較低，大量優質能源白白浪費，而且增加了大氣中溫室氣體排放。

表2 沼氣利用率

（2）沼氣利用水平低

表3表明，98.77%的沼氣工程只利用少部分沼氣向養豬場職工提供生活用能，還有1.23%的沼氣工程產出沼氣都沒有得到利用，沼氣工程向周邊農戶集中供氣僅占2.47%，沼氣發電的也只占6.79%，其他利用方式（例如保溫、供熱等）占8.64%，說明全省目前沼氣利用領域窄、工業化利用水平低，大部分沼氣沒有得到有效利用。

表3 沼氣利用方式

（3）沼氣工程集中供氣條件

由表4可知，我省占81.4%的養豬場與村落的距離在5公里之內，與村落距離10公里之內的占95.4%，多數在3～4公里左右，大部分沼氣工程具備集中供氣所需壓力。

表4 沼氣工程與村落距離

1.3 兩項調查的啟示

福建沼氣工程建設走在全國前列，但是，發展沼氣工程主要著眼于環境效益，綜合利用經濟效益相對較差，特別是沼氣作為農村重要的清潔能源利用率不高，沼氣工程產出沼氣70%以上放空，釋放出大量溫室氣體（主要是甲烷）。充分利用大量放空沼氣是當前亟待解決的問題。為了促進農業沼氣更好更快發展，筆者提出的方針是：污染治理與能源資源開發利用并舉，不斷提高經濟效益，逐步向產業化邁進。

2008年12月10日筆者根據調查結果，通過省科協的科技工作者建議向省政府提出“關于重視解決農村沼氣大量放空造成嚴重的環境影響和能源浪費的建議”，12月16日就得到黃小晶省長和張昌平常務副省長的批示：“要繼續加大力度”。

2 破題途徑

2.1 沼氣工程發展路線

30年來，沼氣技術由單一的戶用沼氣發展到大中型沼氣工程技術的路線可以歸結為：能源型→環保型→綜合型。

1978年后，國民經濟恢復發展，能源供應全面緊張，為獲得更多沼氣，上海虹橋養殖場率先將戶用小型沼氣池技術移植和放大到50m3[5]。隨著畜禽養殖業的快速發展，大量畜禽糞便隨意排放，嚴重污染了水體和周圍環境，2001年國家環保局下達9號令，頒布《畜禽養殖污染管理辦法》，福建掀起了以污染治理為主要目標的大中型沼氣工程建設高潮。從“六五”初期到“八五”末，國家科委、農業部設立專項課題，組織科技攻關，歷時15年形成成套技術。時至今日，沼氣技術已從單純的能源利用，發展成為具備污染治理、能源生產、生態農業發展多種功能。沼氣技術有必要也有可能向污染治理與能源資源綜合利用方向發展。

2.2 沼氣充分利用途徑

充分利用大量放空沼氣主要途徑是向周邊農戶集中供氣、供熱、發電等工業化應用。我們選擇了一些案例進行經濟效益分析。案例分析表明：政府給予適當補貼，提高沼氣工程產氣率和沼氣利用率，可以有效地提高沼氣工程的經濟效益。

2.2.1沼氣發電：以南平市延平區東順畜牧發展公司為例

東順畜牧發展公司生豬年存欄數6000頭，年出欄數17000頭，污水量為90m3/d，建有沼氣池800m3，為磚混結構，工藝采用推流式。平均產氣率0.4m3/ (m3·d)。

總體工藝流程為豬糞經干清糞后，糞污再經固液分離機分離，污水進入沼氣池。

沼氣池年產沼氣11.52萬m3，其中炊飲年用氣1.62萬m3，占14%；配套雙燃料沼氣發電機組30kW，日發電8小時，每小時發電24kWh，用氣13 m3，每kWh網電0.65元，沼氣電每kWh柴油成本0.25元，年用氣量3.78萬m3，占32.8%。

以下技術經濟分析不考慮沼渣、沼液以及減少排污等產生的經濟效益，只考慮沼氣利用產生的經濟效益。

2.2.1.1經濟核算

基準折現率為10%，工程和設備使用年限為20年。

固定投資：52萬元，其中：沼氣工程投45萬元，發電工程投資 7萬元

運行成本：3.79萬元，其中：工資費用1人專職管理沼氣工程，工資1萬元/a，沼氣發電柴油成本1.75萬元/a，修理費用按折舊費的40%計算，年維修費1.04萬元。

收益：6.5萬元，其中：炊飲用能1.62萬m3，氣價按1.2元/m2計，節省燃料費用1.94萬元年發電7.01萬kWh，年產電效益4.56萬元，年凈收益2.71萬元。

經濟評價指標：

靜態投資回收期：19.2年

凈現值NPV ：－28.93萬元（折現率=10%）

內部收益率IRR： 0.44%

該沼氣工程效益差。原因在于沼氣池產氣率不高，沼氣利用率只有46.8%。

2.2.1.2改造方案

該場應用全混合沼氣發酵工藝，建設沼氣池1800m3和280kW發電工程，平均沼氣產氣率0.8m3/(m3.d)以上，年產沼氣51.8萬m3，發電用氣44.15m3，全場沼氣利用率88.3%。

對其進行技術經濟評價如下。

固定投資：150萬元，其中：沼氣工程投資 90萬元，發電工程投資（280kW沼氣發電機組） 60萬元。

運行成本：24.44萬元，其中：1人專職管理沼氣工程，工資 1萬元/a，沼氣發電柴油成本20.44萬元，修理費用 按折舊費的40%計算，年維修費3萬元。

收益：55.08萬元，其中：炊飲用能1.62萬m3，節省燃料費用1.94萬元，年發電81.76萬kWh，年產電效益53.14萬元，年凈收益30.64萬元。

經濟評價指標：

靜態投資回收期：4.9年

凈現值NPV： 110.84萬元（折現率10%）

內部收益率IRR： 25.1%

該方案采用先進發酵工藝，產氣率提高1倍以上，沼氣利用率也從46.8%提高到88.3%，經濟效益大幅提高，電用不完還可以上網，但需要解決上網問題，固定投資也增加了98萬元。

2.2.1.3結論

由案例一技術經濟分析可以看出，沼氣工程經濟效益不好的一個重要原因就是沼氣的利用率不高以及沼氣工程的發酵工藝落后。如果提高沼氣工程的產氣效率和沼氣利用率，可以有效地提高整個沼氣工程的經濟效益，但同時，建池成本也大幅增加，因此，在沼氣工程產業化的初期，在一段時間內國家應根據沼氣工程不同發酵工藝以及沼氣利用率給予適當補貼，為今后產業化打好基礎。

2.2.2集中供氣：以福建省南平市延平區筠竹村為例

延平區筠竹村是一個以林業、果樹種植為主的經濟村，全村人口達1200人左右，總戶數260戶左右，2001年筠竹村引進南平市茫蕩牧業有限公司在筠竹村落戶，年存欄母豬400頭，出欄商品豬3000頭左右。該場于2007年底設計建設600m3ABR型沼氣池，沼氣池建成后日產沼氣240m3沼氣。2008年續建集中供氣工程，配置50 m3貯氣柜，沼氣集中輸送到筠竹村107戶農戶作生活燃料。

（1）正在運行沼氣集中供氣工程技術經濟評價如下。

經濟核算設定：基準折現率為10%，工程和設備使用年限為20年。

固定投資：18萬元，其中：沼氣管道、儲氣柜、沼氣凈化設備 18萬元，（政府每戶補貼1200元，共補貼12.8萬元，其余企業自籌）。

運行成本：1.8萬元，其中：1人專職管理沼氣工程及沼氣供氣，工資 1.2萬元/a，修理費用 0.6萬元/a。

供氣收益：3.08萬元，供氣107戶，每戶月平均用氣30m3，氣價0.8元/m3,每月氣費24元，107戶年費用3.08萬元。年凈收益1.28萬元。

經濟評價指標：靜態投資回收期：14.1年，凈現值NPV：-7.1萬元（折現率10%），內部收益率IRR：4.1% 。

（2）以上案例中，集中供氣僅占所產沼氣35.6%。假設該沼氣池同時配備30kW沼氣發電機一臺，則其技術評價如下：

固定投資：25萬元，其中：沼氣管道、儲氣柜、沼氣凈化設備18萬元，30kW沼氣發電機7萬元。

運行成本：3.55萬元，其中：1人專職管理沼氣工程及沼氣供氣，工資1.2萬元/a，沼氣發電費用:日平均運行8小時，每小時耗氣13m3，可發電24kWh，每kWh柴油成本為0.25元，則年運行費用為1.75萬元，修理費用 0.6萬元/a。

收益：7.46萬元，其中：供氣收益：供氣107戶，每戶月平均用氣30m3，0.8元/m3，每月用氣費24元，107戶年費用3.08萬元。

沼氣發電：年發電7.01萬kWh，效益4.56萬元/a，年凈收益：4.09萬元。

經濟評價指標：

靜態投資回收期：6.11年

凈現值NPV：9.82萬元（折現率10%）

內部收益率IRR1：8.8%

（3）結論

由以上分析可知，沼氣集中供氣投入較大，在供應戶數較小的情況下，經濟效益較差，該案例中，集中供氣沼氣利用率僅為35.6%。

如果增設一臺30kW沼氣發電機，每天發電8小時，則沼氣利用率可提高到87.9%，同時，其靜態回收期也減少到可接受的6.11年，整體經濟效益較好。

3 幾點建議

除現行政策外，建議：

（1）實行污染治理與能源資源開發利用并舉方針，有關部門應各盡其職、各司其責、密切配合、加強協調，形成合力，扭轉重治理、輕利用的觀念，讓清潔的沼氣能源資源得到充分的利用，造福新農村建設。

（2）推廣福建經驗，國家對戶用沼氣補助范圍擴大到集中供氣戶。2008年2月14日，福建省人民政府辦公廳關于認真做好2008年農村沼氣建設工作的通知規定：“沼氣工程集中供氣的，按照用氣農戶計算，每產省級以上補助1200元”。2009年每戶補貼已提高到1500元。

（3）加大省財政支持力度，鼓勵沼氣發電。①福建省從2009年起將沼氣發電設備列入農機補貼范圍，建議應加大農機補貼力度，補貼比例提高到30%；②逐步落實大型沼氣工程發電上網，目前暫不具備上網條件的沼氣發電項目未上網電量也參照《可再生能源法》配套法規《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》（發改價格[2006]7號）給予補貼，補貼電價標準統一為0.25元/kWh。

（4）加強沼氣科研創新和人才培養。支持大專院校開設農村能源專業，建立重點實驗室，培育各種層次人才；支持產學研結合組建沼氣技術研發中心，對關鍵技術，包括低溫發酵技術與工藝、干發酵技術等攻關，研發建池新材料，研究沼氣發電、集中供氣等裝置標準化規范化生產和商品化。

（5）提高設計單位水平，培育集中供氣、沼氣發電等專業公司。

[1] LI C S,WANG Y K,Technology of swine manure treatment on intensive scaled swine farms,Transactions of the CSAE,2001,11 (1) :86-90

[2] 錢午巧,包武,陳彪等.利用厭氧發酵技術綜合治理畜牧業污染的探討[J].福建能源開發與節約,2003（3）：51-52

[3] 辛春林.畜禽糞便污染的現狀及對策[J].中國牧業通訊,2008（16）：46.

[4] 謝曉慧,林郁,李茂萱等.云南農村沼氣建設與碳匯交易研究—基于減少薪柴消耗對減排CO2的貢獻分析[J].西南農業學報,2008,21（3）：870-874

[5] 樊京春,趙勇強,秦世平等.中國畜禽養殖場與輕工業沼氣技術指南[M].北京:化學工業出版社,2009.

福建省科技廳重點項目“沼氣能源轉化的鎘殘留分析及二次污染近紅外監測技術”（ 2008I0008）；福建省科技廳重點項目“沼氣能源生態溫室建設與茶園沼渣生態營養劑應用研究”（2007I0038）；福建省環保局重點課題“豬場廢棄物資源化利用新工藝研究”（200743）；福建省財政專項-福建省農科院創新基金項目（STIF-Y05）